膜分离技术以其高效、经济和易操作的优势，被广泛应用于水处理、油水分离和药物制备等领域。然而，在处理油包水乳液时，传统分离膜因其亲油性易被油污染，导致膜孔堵塞和性能迅速下降，甚至失去分离功能。实现乳液分离的关键在于膜材料的渗透性、选择性和稳定性。然而，高选择性的膜往往难以兼顾长期稳定性，容易因油污染而导致性能下降。因此，开发具有优异抗污染性能的分离膜，是提升乳液分离效率与可持续性的核心技术挑战。
鉴于此，福州大学赖跃坤、蔡伟龙和黄剑莹教授等人通过相分离、光交联制备了一种类液体聚合物涂层PS-PPS-PTF@ATP，表现出快速渗透性和高选择性，同时保持自清洁性能，有效防止膜污染并确保持久的乳液分离和油品回收。
涂层的结构及设计原理
这种涂层通过软性纳米胶束和刚性交联网络的协同作用，为分离过程提供了高选择性、渗透性、化学稳定性和机械稳定性。纳米胶束(PTF@ATP)由聚(甲基-3,3,5-三氟丙基硅氧烷)和3-氨基丙基三乙氧基硅烷通过相分离和静电吸附作用获得，赋予涂层类液体防污特性。而由巯基功能化聚笼倍半硅氧烷与乙烯基封端聚二甲基硅氧烷点击反应形成的交联网络(PPS)，则为涂层提供了优异的化学稳定性和选择性。此外，聚苯乙烯（PS）的引入进一步增强了涂层与多种基底的附着力，使其具备广泛的适用性。
图1. 类液体聚合涂层的制备与表征
涂层的防污性能与机理分析
PS-PPS-PTF@ATP涂层的防污性能通过与其他材料（包括商业疏水性聚偏氟乙烯（PVDF）膜和过氟烷基化硅烷涂层（PFTS））进行对比评估。结果表明，尽管PFTS涂层的网格具有较高的疏油性和疏水性，但由于缺乏必要的选择性，导致其在油水分离中的效果不佳。商业PVDF膜虽然具备一定的选择性，但容易受到油污污染，并且疏水性迅速丧失，因此不适合长时间使用。相比之下，PS-PPS-PTF@ATP涂层在接触高粘度油（如泵油和原油）时，能够有效防止油污残留，展现出其卓越的防污性能。因此，该涂层在油水分离条件下，会表现出比传统膜更优异的稳定性。
图2. 类液体聚合涂层的防污性能和疏水性能
PS-PPS-PTF@ATP涂层的防污机理主要来源于其“双重防御”结构的设计。该涂层结合了软性纳米胶束（PTF@ATP）和刚性交联网络（PPS）的协同作用，有效降低了液体在表面的附着能。软性纳米胶束通过其低玻璃化转变温度和灵活的分子链段提供了液态滑移特性，减少了油类和水分子在涂层表面的附着，使污染物难以积聚。交联网络PPS则提供了涂层的机械强度和化学稳定性，增强了涂层在恶劣环境下的耐久性，防止了膜表面因长期使用而发生的损坏和污染积累。这种结构的结合使涂层具有卓越的抗油污粘附能力，并能够在高粘度液体和腐蚀性环境中维持长时间的防污效果，有效提升了涂层的长期稳定性和使用寿命。
图3. 类液体聚合涂层的防污机理
涂层的乳液分离性能
在乳液分离性能方面，PS-PPS-PTF@ATP涂层表现出优异的性能，特别是在处理高粘度油水乳液时。该涂层能够有效地分离不同粘度的乳液，并能够在长时间分离过程中保持高分离效率。涂层的优异性能还表现在其极低的分离通量下降率（RFD），在高粘度乳液分离过程中，涂层的分离通量下降幅度极小，即便在连续操作6 h后，依旧保持高透明度的滤液，证明其在长期使用中的稳定性和高效性。这些结果表明，PS-PPS-PTF@ATP涂层具备了长期有效分离高粘度乳液的能力，并在实际应用中具有广泛的潜力。
图4. 不同粘度的油包水乳液分离效果
总之，该研究报道了一种新型高效高粘度乳液分离方法，即构建双防污结构化类液体聚合物涂层。该结构在表现出高选择性和耐腐蚀性的同时，有效抵抗膜污染，能够高效分离各种油包水乳化液，尤其是高粘度乳液（97.3 cP）。涂层在连续分离3 h后，分离效率保持在99.6%以上，此外，经过强酸、强碱、盐及有机溶剂环境15 h浸泡后，涂层的分离效率依然超过95%。首次实现了6 h粘稠乳液的连续高效分离，通量稳定。这种创新的“双防”策略显著提高了涂层的稳定性和分离效率，有效解决了传统疏水膜或筛分膜中出现的严重膜污染问题。这表明这种类液体涂层在乳液分离、油品净化和回收应用中具有广阔的潜力。
该工作以“Ultra-Antifouling Liquid-Like Surfaces for Sustainable Viscous Water-in-Oil Emulsions Separation and Oil Recovery”为题发表在《Advanced Materials》，文章第一作者是福州大学化工学院博士研究生郑微微，通讯作者为福州大学赖跃坤教授，蔡伟龙研究员和黄剑莹教授。该工作得到了国家自然科学基金（22375047、22075046和22378068）、福建省自然科学基金（2022J01568）、国家重点研发计划（2022YFB3804905 和 2022YFB3804900）和111项目（D17005）等项目的资助。
原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202413751
